PAGE PAGE 39 螺旋离心泵结构设计 摘 要 螺旋离心泵是一种用量比较大的水泵，在给排水和农业工程、交通工程、化工、水路工程、新能源工程和机械工程等各个部门都有较为广泛的应用。 此次设计最重要的包含单级单吸螺旋离心泵结构设计、螺旋离心泵基本信息参数的计算、螺旋离心泵叶片的水力设计计算、螺旋离心泵压力室的水力设计计算、螺旋离心泵室的水力设计计算，轴向力和径向力的平衡，最后是轴强度的校核。 密封是螺旋离心泵设计难点之一，因此此次设计将采用填料密封，它是能够准确的通过压力的改变来改变密封强度的装置。 关键词：离心泵；叶片；压水室；吸水室 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） PAGE PAGE 1 Abstract Screw centrifugal pump is a kind of water pump with large consumption, which is widely used in water supply and drainage, agricultural engineering, traffic engineering, chemical engineering, aerospace and Navigation Engineering, energy engineering and vehicle engineering and other national economic departments. This design mainly includes the structure design of single-stage single suction screw centrifugal pump, the calculation and selection of basic parameters of the screw centrifugal pump, the hydraulic design of the blades of the screw centrifugal pump, the hydraulic design of the pressure chamber of the centrifugal pump, and the hydraulic design of the suction centrifugal pump chamber. The balance of axial force and radial force, and finally the check strength. The most difficult point of pump design is pump sealing. The packing seal used in this design can change the sealing force according to the change of pressure. Key words: centrifugal pump; blade; pressurized water chamber; suction chamber PAGE 2 PAGE 2 目录 TOC \o 1-3 \h \u 11059 摘 要 I 20390 Abstract II 28685 第1章 绪论 11 16646 1.1 选此课题的意义 11 25916 1.2 本课题的研究现状 11 27175 1.3 本课题研究的主要内容 11 8687 1.4 泵的功能 12 5485 第2章 螺旋离心泵的可行性论证 13 24356 2.1 设计目的 13 30559 2.2 方案及论证 13 26812 2.3方案结构简图 14 22506 2.4方案论证 14 11324 2.4.1对比单级离心泵和多级离心泵 15 18086 2.4.2对比单吸离心泵和多吸离心泵 15 31352 2.4.3结论 15 14918 第3章 离心泵的设计计算 16 31677 3.1泵的基本设计参数 16 15523 3.2原动机的选择与计算 16 4668 3.2.1轴功率的计算 16 4096 3.2.2泵的计算功率计算 16 1210 3.2.3原动机的选择 17 24432 3.3泵的比转速与进出直径计算 17 23505 3.3.1泵的比转速计算 17 23442 3.3.2计算空化比转速 17 28242 3.3.3泵进口及出口直径的计算 17 28153 3.4泵的效率计算 18 15742 3.4.1水力效率计算 18 16630 3.4.2容积效率计算 18 2090 3.4.3机械效率计算 18 1701 3.4.4离心泵的总效率计算 19 29725 3.4.5泵输出功率计算 19 361 3.4.6泵输入功率计算 19 26395 3.4.7理论扬程计算 19 8505 3.4.8理论流量计算 19 25711 3.5轴径与轮毂直径的初步计算 20 14887 3.5.1轴的最小直径计算 20 24569 3.5.2轮毂直径的计算 20 19651 3.6叶轮的水力设计计算 21 12823 3.6.1叶轮进口速度计算 21 27570 3.6.2叶轮进口的有效直径计算 21 31760 3.6.3叶轮进口直径计算 22 26010 3.6.4叶轮出口直径计算 22 8832 3.6.5叶轮出口宽度计算 22 25326 3.6.6叶片厚度计算 22 20785 3.6.7叶片出口角的确定 23 30957 3.6.8叶轮出口直径及叶片出口安放角的精确计算 23 26268 3.7 压水室的水力设计计算 25 31128 3.7.1基圆直径计算 25 19583 3.7.2蜗型体进口宽度计算 25 4202 3.7.3舌角计算 25 11828 3.7.4隔舌起始角 25 31202 3.7.5蜗形体各断面面积的计算 26 17066 3.8 吸水室的设计 26 21514 第4章 物理运动强度计算 28 20268 4.1径向力和轴向力计算 28 14512 4.1.1径向力的计算 28 29019 4.1.2径向力的平衡 28 5607 4.1.3轴向力的产生 28 29193 4.1.4轴向力的计算 29 8198 4.1.5轴向力的平衡 29 12243 4.2泵的强度计算 30 20557 4.2.1叶轮盖板的强度计算 30 26544 4.2.2叶轮轮毂的强度计算 31 15809 4.2.3叶轮配合的选择 31 4815 第5章 轴、轴承和键的计算 33 18963 5.1 轴的强度校核 33 3184 1）转子的重量 33 10886 2）轴向力 33 1966 3）支反力 33 21804 4)弯矩图及扭矩图 33 23619 5.2 键的强度计算 34 23801 5.3 键工作面上的挤压应力 35 10965 5.4 键的切应力 35 23417 5.5轴承的选择 36 7249 第6章 泵的轴封 37 15663 6.1 常用的轴封种类及设计的基本要求 37 23891 6.2 填料密封的工作原理 37 11745 6.3 传统填料密封结构及其缺陷 38 15798 6.3.1传统填料密封结构 38 3173 6.3.2传统填料密封的不足 38 24001 6.3.3填料密封的结构改造 39 18852 第7章 产品使用及维护 40 23941 7.1 离心泵的操作方法 40 29938 7.1.1离心泵启动前的检查 40 26732 7.1.2离心泵的启动 40 2028 7.1.3离心泵的停泵操作 40 1549 7.1.4离心泵运转时的操作及维护 40 22138 7.1.5离心泵的切换操作 41 8887 7.1.6离心泵操作时的需要注意的几点 41 27558 7.2 螺旋离心式水泵的日常维护 41 5467 7.3 常见故障及排除方法 42 8805 7.3.1盘根处漏水过多 42 21946 7.3.2水泵运行后排水量太小 42 399 7.3.3水泵启动后压力表正常但排水管不出水 43 27904 7.3.4电动机电流过大 43 23695 7.3.5轴承发热 44 15407 第八章 毕业设计特色专题 45 1682 8.1 螺旋离心泵三维设计图 45 20244 8.1.1 零件三维设计 45 5185 8.1.2 总装三维设计 46 26511 结束语 47 18513 参考文献 48 26977 致谢 50 CONTENTS TOC \o 1-3 \h \u 2815 摘 要 I 8327 Abstract II 25616 第1章 绪论 11 2692 1.1 选此课题的意义 11 2989 1.2 本课题的研究现状 11 5009 1.3 本课题研究的主要内容 11 24312 1.4 泵的功能 12 1023 第2章 螺旋离心泵的可行性论证 13 11750 2.1 设计目的 13 6445 2.2 方案及论证 13 16533 2.3方案结构简图 14 25109 2.4方案论证 14 31780 2.4.1对比单级离心泵和多级离心泵 15 8506 2.4.2对比单吸离心泵和多吸离心泵 15 19294 2.4.3结论 15 26412 第3章 离心泵的设计计算 16 20929 3.1泵的基本设计参数 16 29176 3.2原动机的选择与计算 16 25501 3.2.1轴功率的计算 16 315 3.2.2泵的计算功率计算 16 21610 3.2.3原动机的选择 17 2997 3.3泵的比转速与进出直径计算 17 29823 3.3.1泵的比转速计算 17 27278 3.3.2计算空化比转速 17 8657 3.3.3泵进口及出口直径的计算 17 28586 3.4泵的效率计算 18 11111 3.4.1水力效率计算 18 18371 3.4.2容积效率计算 18 1442 3.4.3机械效率计算 18 20000 3.4.4离心泵的总效率计算 19 32136 3.4.5泵输出功率计算 19 26393 3.4.6泵输入功率计算 19 19385 3.4.7理论扬程计算 19 24535 3.4.8理论流量计算 19 11187 3.5轴径与轮毂直径的初步计算 20 1258 3.5.1轴的最小直径计算 20 658 3.5.2轮毂直径的计算 20 28327 3.6叶轮的水力设计计算 21 14445 3.6.1叶轮进口速度计算 21 14709 3.6.2叶轮进口的有效直径计算 21 16896 3.6.3叶轮进口直径计算 22 20840 3.6.4叶轮出口直径计算 22 29665 3.6.5叶轮出口宽度计算 22 18978 3.6.6叶片厚度计算 22 24336 3.6.7叶片出口角的确定 23 1125 3.6.8叶轮出口直径及叶片出口安放角的精确计算 23 9855 3.7 压水室的水力设计计算 25 3731 3.7.1基圆直径计算 25 7451 3.7.2蜗型体进口宽度计算 25 18278 3.7.3舌角计算 25 2128 3.7.4隔舌起始角 25 482 3.7.5蜗形体各断面面积的计算 26 11568 3.8 吸水室的设计 26 15465 第4章 物理运动强度计算 28 4039 4.1径向力和轴向力计算 28 13634 4.1.1径向力的计算 28 15873 4.1.2径向力的平衡 28 28771 4.1.3轴向力的产生 28 2767 4.1.4轴向力的计算 29 8322 4.1.5轴向力的平衡 29 883 4.2泵的强度计算 30 13752 4.2.1叶轮盖板的强度计算 30 30736 4.2.2叶轮轮毂的强度计算 31 9791 4.2.3叶轮配合的选择 31 31231 第5章 轴、轴承和键的计算 33 27148 5.1 轴的强度校核 33 1390 1）转子的重量 33 10328 2）轴向力 33 31063 3）支反力 33 20053 4)弯矩图及扭矩图 33 22483 5.2 键的强度计算 34 16546 5.3 键工作面上的挤压应力 35 23117 5.4 键的切应力 35 9525 5.5轴承的选择 36 47 第6章 泵的轴封 37 29149 6.1 常用的轴封种类及设计的基本要求 37 13297 6.2 填料密封的工作原理 37 2952 6.3 传统填料密封结构及其缺陷 38 16829 6.3.1传统填料密封结构 38 25831 6.3.2传统填料密封的不足 38 29690 6.3.3填料密封的结构改造 39 16185 第7章 产品使用及维护 40 3463 7.1 离心泵的操作方法 40 1584 7.1.1离心泵启动前的检查 40 22120 7.1.2离心泵的启动 40 18521 7.1.3离心泵的停泵操作 40 22316 7.1.4离心泵运转时的操作及维护 40 5998 7.1.5离心泵的切换操作 41 103 7.1.6离心泵操作时的需要注意的几点 41 14450 7.2 螺旋离心式水泵的日常维护 41 9953 7.3 常见故障及排除方法 42 2450 7.3.1盘根处漏水过多 42 17013 7.3.2水泵运行后排水量太小 42 29720 7.3.3水泵启动后压力表正常但排水管不出水 43 3254 7.3.4电动机电流过大 43 13050 7.3.5轴承发热 44 17863 第八章 毕业设计特色专题 45 15042 8.1 螺旋离心泵三维设计图 45 22811 8.1.1 零件三维设计 45 13800 8.1.2 总装三维设计 46 10473 结束语 47 24792 参考文献 48 16034 致谢 50 PAGE 2 PAGE 2 第1章 绪论 1.1 研究课题的意义 泵是一种能够广泛、能耗比较高的通用流体机械。 我国各类泵的耗电量约占总耗电量的六分之一，油耗量约占总耗油量的一半。 螺旋离心泵是一种大范围的应用于许多液力传动的机械，与人们的日常生活和生产活动紧密关联。 此次设计的螺旋离心泵适用性较为广泛，能在工业和城市给排水，农业灌溉和排水中起到比较大的作用。 1.2 本课题的研究现状 当前国内螺旋离心泵的生产和技术的发展通过几十年的不停地改进革新和引进，从综合技术水平上来比较，单、多级泵方面的技术水平在国际上能达到比较先进，与国外同类型泵较以往相比差距逐渐缩小，甚至有的技术能达到国际一流水平，比如可靠方面、提高效率等。 国外离心泵整体技术水平比国内技术水平稍微领先，效率合格率为超过80％ ，总体中等水准高于国家标准值，符合国家标准要求，效率和汽蚀余量合格率分布与国内情况基本一致。 1.3 本课题研究的主要内容 螺旋离心泵是一种用量比较大的水泵，在给排水和农业工程、交通工程、化工、水路工程、新能源工程和机械工程等各个部门都有较为广泛的应用。 此次设计最重要的包含单级单吸螺旋离心泵结构设计、螺旋离心泵基本信息参数的计算、螺旋离心泵叶片的水力设计计算、螺旋离心泵压力室的水力设计计算、螺旋离心泵室的水力设计计算，轴向力和径向力的平衡，最后是轴强度的校核。 密封是离心泵设计的难点之一，填料密封事此次课题设计的离心泵密封类型，填料密封是通过填料填塞泄露通道阻止泄露的一种密封形式。其缺点是密封性能差，对轴或套筒磨损大，动力损失大，常规使用的寿命短。 1.4 泵的功能 水泵是应用最广泛的各种液力传动，这种机器与我们的日常生活和生产活动都有很大的关联。如给排水工程中，水泵从水源取水，泵送至水厂，净化后的清水由水泵送至城市管理网；城市生活垃圾污水和工业废水经排水系统收集后，还必须用排水泵将污水泵入污水处理，经处理后的污水再由江河、湖泊、海洋等其他排水泵排放，或者排入农田灌溉;矿山尾矿输送泵、洗煤厂泥浆泵、电站灰泵、河道疏浚挖泥泵等，大范围的应用于冶金、石化、食品等工业污水处理、港口河道疏浚等作业。 第2章 螺旋离心泵的可行性论证 2.1 设计目的 螺旋离心泵是一种新型的无堵塞泵，大范围的应用于造纸工业(高浓度浆料运输)、渔业(活鱼、活虾等运输)、制糖工业、马铃薯、甜菜等蔬菜的食品运输、冶金、环保河道疏浚、淤泥运输、输沙、化工、污水处理等行业。螺旋离心泵是通过其特殊的三维螺旋叶片、螺旋体积推导函数和叶片离心功能的有机结合，使介质获得能量。因此，它既有容积泵的特点，又有叶片泵的特点，是两者结合的产物。与普通杂质泵、旋流泵相比，具有以下优点：无堵塞性能好；无损性能好；效率高，且高效区宽广；功率曲线平坦；良好的调节性能；泵的吸入性能好；具有优良的抗汽蚀性能；它可以在不乳化的情况下输送油水混合物。 通过螺旋离心泵的结构的设计达到技术、制造、经济、社会、安全等方面的标准。 2.2 方案及论证 第一方案：采用单级单吸螺旋离心泵 第二方案：采用单级多吸螺旋离心泵 第三方案：采用多级单吸螺旋离心泵 第四方案：采用多级多吸螺旋离心泵 2.3方案结构简图单级单吸螺旋离心泵单级多吸螺旋离心泵多级单吸螺旋离心泵 单级单吸 螺旋离心泵 单级多吸 螺旋离心泵 多级单吸 螺旋离心泵 多级多吸 螺旋离心泵 单级 多吸 单吸 多级 图2.1方案结构简图 2.4方案论证 单级离心泵是指只有一只叶轮的泵，最高扬程有100米以上。 多级离心泵是指有两只或两只以上叶轮的泵，最高扬程能够达到125米以上，但是多级泵相对单级泵来说要维修困难。 双吸水泵：相当于两个相同直径的单吸叶轮同时工作，在同样的叶轮外径下流量可增大一倍；泵壳水平中开，检查和维修方便。 单吸水泵：单级单吸离心泵是离心泵中最为简单的一种。这种泵 一般流量较小，多属于小型泵。 2.4.1单级离心泵和多级离心泵的方案比较 考虑给定扬程H=14m单级更合适。 （2）在（1）的前提下考虑成本和维修单级更合适。 （3）在（1）的前提下考虑环境污染和节约单级更合适。 因此选择单级离心泵 不足之处：只有一个轮工作，如果叶轮损坏则工作立马停止。 2.4.2单吸离心泵和多吸离心泵的方案比较 考虑给定流量Q=90m3/h单吸更合适。 （2）在（1）的前提下考虑成本和维修单吸更合适。 （3）在（1）的前提下考虑环境污染和节约单吸更合适。 因此选择单吸离心泵 不足之处；只有一个泵工作，如果泵损坏则工作立马停止。 2.4.3结论 考虑选择单级单吸式螺旋离心泵 PAGE PAGE 39 第3章 螺旋离心泵的设计及计算 3.1泵的基本设计参数 表3.1 泵基本设计参数表 项目 流量 扬程 效率 吸程 转速 参数 Q=90m3/h H=14m η=70% NPSHr=4m n=1450r/min 此次设计离心泵是一台单级单吸横轴离心泵，它由泵体、叶轮螺母、密封环、叶轮、泵盖、轴套、密封装置、悬架、泵轴支架组成，其泵脚与泵体铸成一体，轴承置于悬臂安装在泵体上的悬架内，整台泵的质量主要由泵体承受。 3.2原动机的选择与计算 3.2.1轴功率的计算 计算轴功率 kW 式中 ——泵的流量（m3/s）； ——泵的扬程（m）； ——抽送液体的密度（kg/m3）。 因此轴的功率kW。 3.2.2泵的计算功率计算 泵的计算功率计算 kW 式中 ——水泵扬程允差系数，=1.05~1.1; ——水泵的流量的增大系数，=1.1。 原动机功率根据计算功率选取。 3.2.3原动机的选择 选取Y180M-2型电动机，功率为22kW，转速2940r/min，因给定泵的转速r/min，故传动比取。 3.3泵的比转速与进出直径计算 3.3.1泵的比转速计算 计算比转速 =r/min 式中： ——泵轴的转速（r/min） ——流量（） ——扬程（m） 因此确定泵的比转速r/min。 3.3.2计算空化比转速 计算空化比转速 =r/min 因此确定泵的空转速r/min。 3.3.3泵进口及出口直径的计算 泵的进口直径由进口速度确定，其值通过查表确定为3m/s左右，选m/s，进口直径计算 =m 泵出口直径可取与相同，或小于，即 =(1~0.7)=(1~0.7)112.9=112.9~79.1mm 经圆整取=120mm，=80mm。 3.4泵的效率计算 3.4.1水力效率计算 计算水力效率 因此泵的水力效率。 3.4.2容积效率计算 计算容积效率 = 考虑叶轮密封环处的泄露损失，级间泄露损失等取。 3.4.3机械效率计算 计算机械效率 = 因此泵的机械效率。 3.4.4离心泵的总效率计算 计算离心泵的总效率 因此泵的总效率，符合给定效率。 3.4.5泵输出功率计算 计算泵的输出功率 =kW 式中：——介质密度 kg/m ——流量（） ——扬程（m） 因此泵的输出功率kW。 3.4.6泵输入功率计算 计算泵的输入功率 =kW 式中：——泵效率 因此泵的输入功率=4.86kw。 3.4.7理论扬程计算 计算理论扬程 m 因此理论扬程=16.7m。 3.4.8理论流量计算 计算理论流量 m3/s 因此理论流量=94.7m3/s。 3.5轴径与轮毂直径的预测计算 3.5.1轴的最小直径计算 计算轴的最小直径 mm 轴的材料选用3Cr13，许用切应力[]=Pa,确定出泵的最小直径后，参考类似结构泵的泵轴。 3.5.2轮毂直径的计算 泵叶轮处的轴径dy等于联轴器内的轴径dmin。叶轮轮毂直径dh一定要保证轴孔开了键槽之后还有一定的厚度，使轮毂有充足的强度，直径计算 由于单级泵叶轮轮毂一般不通过叶轮进口，因此取 =(1.4~2) 取取整 即 =37mm；=50mm；=60mm；=50mm；=40mm；=37mm =50mm；=60mm；=80mm；=100mm；=71mm；=531mm 3.6叶轮的水力设计及计算 叶轮尺寸的确定主要有速度系数发和相似换算法，在此次泵设计采用的是速度系数法。 3.6.1叶轮进口速度计算 计算叶轮的进口速度 m/s 式中 ——叶轮进口速度习俗，根据比转速及不一样的泵从图查得 ——扬程(m)。 因此叶轮的进口速度=1.3m/s。 3.6.2叶轮进口的有效直径计算 计算叶轮进口的有效直径 mm 因此叶轮进口的有效直径=96mm。 式中 ——系数，按表3-2选取。通过查得，选取=4.5。 表3-2 系数的选择 效率与汽蚀指标 适合使用的范围 3.5~4.0 效率较高，抗汽蚀性能差 多级泵次级叶轮及要求效率较高而对抗汽蚀性能要求不高的场合 4.5~4.5 效率及抗汽蚀性能中等 一般清水泵的单级单吸及双吸叶轮和多级泵第一级叶轮 4.5~5.0 效率较低，抗汽蚀性能较好 锅炉给水泵第一级叶轮及对抗汽蚀性能要求比较高的场合 5.05.5 效率有较大的降低，高抗汽蚀性能 冷凝泵有前置诱导轮的离心泵 3.6.3叶轮进口直径计算 计算叶轮进口直径 mm 因此叶轮进口直径=100mm。 3.6.4叶轮出口直径计算 计算叶轮出口直径 mm 式中——叶轮出口直径系数 因此叶轮出口直径=100mm。 3.6.5叶轮出口宽度计算 计算叶轮出口宽度 mm 考虑，选取=5mm。 3.6.6叶片厚度的计算 叶轮工作时叶片上将会承受着液体的反作用力和叶片质量的离心力，因此受力情况复杂，很难计算出一个准确的值，通常可用如下经验公式计算叶片的厚度。 mm 系数与离心泵的比转速ns和叶片的材料有关，其值由表3-3所示，用钢作为材料，所以=3.2。 表3-3 系数与和材料的关系 40 60 70 80 90 130 190 280 铸铁 钢 3.2 3 3.5 3.2 3.8 3.3 4.0 3.4 4.5 3.5 6 5 7 6 10 8 考虑取叶片线叶片出口角的计算及确定 离心泵叶片出库安放角一般小于，当和并取较大值时，H-Q性能曲线会出现不稳定的现象，使离心泵运行不稳定。为了更好的提高效率，一般取。所以，考虑取。 3.6.8叶轮出口直径及叶片出口安放角的精确计算 1.离心泵一般是选择叶片出口角，精算D2,先计算叶轮出口轴面速度。 m/s 2.计算叶轮出口速度 m/s 3.无限叶片数下的叶片出口流面速度 =-=25.23-11.832=23.21 m/s 4.无限叶片数下的理论扬程 m 5.计算圆周速度 算出第一次精算的叶轮出口直径D2 mm 经过比对不难发现，计算的精确值与速度系数法计算的误差大于2%，所以修正，经过计算当为时，误差在2%之内，所以被修正为，并且确定叶轮出口直径=150mm。 即得出，=150mm，=，=109mm，=55mm，=5mm。 3.7 压水室的水力设计计算 3.7.1基圆直径计算 计算基圆直径 mm 考虑取mm。 3.7.2蜗型体进口宽度计算 计算进口宽度 mm 因此进口宽度=12.5mm。 3.7.3舌角计算 计算舌角 3.7.4隔舌起始角 一般将通过隔舌起点（即蜗形线与基圆相交的点）的断面称为0断面，Ⅷ断面与0断面之间的夹角称为隔舌起始角。理论上隔舌起点应放在Ⅷ断面的基圆上，但是泵的增加后，蜗形体中的速度减慢，蜗形体断面面积增加，径向尺寸增加，会使隔舌变得很薄，或影响蜗形体扩散管在此区域的形状。因此增大后，也应适当增加。值可参考表3-4选取。 表3-4 隔舌起始 30~80 90~130 140~220 230~360 考虑选取。 3.7.5蜗形体各断面面积的计算 1.计算蜗形体各断面面积时，是把蜗形体中的圆周方向平均速度看作常数来设计的。计算时先根据查得,求出各断面中的平均速度。 m/s 式中 ——蜗形体各断面中的平均速度（m/s）； ——泵的扬程（m）； ——重力加速度，g=10m/s2； ——速度系数，通过查表可得K3=0.55。 2.通过Ⅷ断面的流量计算。 QⅧ=m3/h 式中 ——隔舌起始角（度）； ——泵的扬程（m/s）。 3.Ⅷ断面面积计算。 FⅧ= QⅧ/=12.3/3600/9.2=0.00037m2 3.8 吸水室的设计 吸入室是泵进水口法兰到叶轮出口的加工部分。吸入室的作用是以损失最小能量的将吸入管中的液体均匀地导向叶轮。吸入室的水力损失远小于压力室，但吸入室的流动状态直接影响叶轮的流动状态。泵的效率对泵的汽蚀性能有一定的影响，泵的汽蚀性能也相对较大。因此，对吸水室有以下要求： 确保叶轮入口有所需的速度范围，例如: 速度分佈均匀性、适当的尺寸、与方向一致,吸水室内部分布均匀，方向符合等。 吸水室主要有：锥管吸水室、圆形吸水室和半螺旋吸水室。 因为这个设计是螺旋离心泵省略了设计的吸入室。 PAGE PAGE 39 第4章 机械传动强度的计算 4.1径向力和轴向力的计算 4.1.1径向力的计算 压水室是涡室的泵，在偏离设计工况时的径向力计算 N 式中 ——偏离设计工况时的径向力 (N)； ——包括前、后盖板的叶轮出口宽度，取 ＝0.01140m； ——实验系数，查取得 ＝0.080。 4.1.2径向力的平衡 由于叶轮的出口直径、叶轮的出口宽度和与径向力是成正比。因此径向力的影响将随着泵尺寸的增大而正变化，同时也随着扬程的增加而正变化。 此次设计的是单级单吸螺旋离心泵，单机蜗壳泵的径向力平衡，能够使用双蜗壳或加导叶来实现，在双蜗壳中，每一蜗室虽然没有完全消除径向力，但两个蜗室相隔对称布置，作用于叶轮上的径向力是互相平衡的。用导叶虽能平衡径向力，但泵的结构复杂化了。 通过计算可得，径向力不是很大，可以不设置径向力平衡装置。 4.1.3轴向力的产生 当离心泵工作时，它的转动部件受到的是一个与轴线平行的轴向力。这是一个比较大的力，多级离心泵尤是如此。轴向力最重要的包含两部分： 1）叶轮前后两侧因压力不同，前盖板侧压力低，后盖板侧压力高，产生了从叶轮后盖板指向入口处得轴向力。 2）流体流入流出叶轮的方向和速度不同而产生动反力，其方向与相反。 此外对于入口压力较高的悬臂式单吸泵，还应该要考虑作用在轴端上的入口压力引起的轴向压力，其方向与相反。对于立式离心泵，其转子的部分重量也是轴向力。 4.1.4轴向力的计算 1) 叶轮前后压力引起的轴向力估算 式中 ——叶轮进口处的直径(mm)； ——轮毂直径(mm)； ——叶轮实际扬程(mm)； ——叶轮级数(mm)； ——系数，=60~150时为0.6，当=150~250时为0.8。 2）液体作用与叶轮入口的动反力计算 N 式中 ——叶轮的质量流量(m3/s)； ——叶轮进口处的速度（m/s）。 3)总的轴向力 N 根据计算结果可知，轴向力指向入口。 4.1.5轴向力的平衡 利用泵所有的对称性来平衡轴向力．从对称形状的双吸叶轮的分析可得出，它相当于两个单吸叶轮并联工作，这种叶轮轴向力是自动平衡的． 2．可以改造叶轮，以减少平衡轴向力．用改变叶轮形状的办法，降低叶轮背面压力，达到平衡或者减少轴向力的目的． 3．采用专门的平衡装置，如平衡鼓装置，平衡盘装置． 4．对于单级小型轴向吸入泵轴向力不太大，一般都会采用径向止推轴承来平衡轴向力，但有时考虑受径向力作用，可采用圆锥滚子轴承来承担． 4.2泵的强度计算 4.2.1叶轮盖板的强度计算 盖板中的应力主要是由离心力引起的，在应力的前后盖板等厚及基础上，半径越小的地方圆周应力越大，在和处的应力近似计算，叶轮材料采取使用MT-4,许用应力[]=98~130Mpa MPa 式中 ——盖板中D0和Dx处得圆周应力（Pa）； ——材料密度（kg/m3）； ——盖板外径的圆周速度（m/s）； []——许用应力（Pa）。 计算结果说明叶轮带到安全的强度。 如果设计等强度盖板，盖板直径Dx=0.08m处的厚度，首先得计算出角速度 rad/s 盖板直径=0.08m处的厚度计算 m 式中 ——盖板直径Dx=0.08m处的厚度； ——叶轮最大直径处盖板的厚度，参考其他叶轮尺寸，考虑取4mm； 4.2.2叶轮轮毂的强度计算 叶轮非常快速地旋转时，叶轮所拥有的质量能够产生一定的离心力。 离心力使轮毂内孔处产生的圆周方向应力计算 MPa 叶轮材料为MT-4，362Mpa，安全系数计算 式中 ——轮毂内孔处的圆周方向应力（Pa） ——材料密度（kg/m3）; ——叶轮外径的圆周速度（m/s）。 根据计算结果，叶轮满足强度要求。 4.2.3叶轮配合的选择 在收到离心力的时候，叶轮轮毂增大，对于热装的叶轮，轮毂与轴的最小过盈量要大于离心力使轮毂内控产生的变形量。 离心力使轮毂内孔直径的变形量计算 =80μm 本处的配合是过盈配合，轮毂与轴的最小过盈量要大于离心力使轮毂内孔产生的变形量。 根据计算结果μm，参考其他离心泵的轮毂配合进行计算，考虑要把过盈余量保持在80~160μm即可。 1）确定基准制：按照其不受原材料、标准件和结构的限制，选基孔制。 2）确定孔的公差带：配合公差μm，这个数值应大于或等于孔与轴的公差之和，孔与轴的公差应在μm左右。 这时要看孔、轴的标准公差等级，如在7级以上，则取孔比轴低一级，如在8级以下，则可取孔、轴同级。 查附表得IT7=57μm。 可取孔的标准公差等级为7级，即孔的公差带为H7，并可开始画公差带图。 3）确定轴公差带：因为是过盈配合，不难得知轴的公差带位置在零线的上方。 因已知要求最小过盈余量μm，即轴基本偏差应接近80μm。 查表取轴的基本偏差为，=+108 轴的公差应初步确定为 μm 查表得知，取IT6=36μm μm 轴的公差带确定为6 最后，配合选取LB02，。 PAGE PAGE 21 第5章 轴、轴承和键的计算 5.1 轴的强度校核及计算 1）转子的重量 在卧式泵中转子所产生的重量会产生径向力，而且这个径向力不会改变方向。轴的重量是均布载荷很难进行计算，因此能把轴分成几段变成集中载荷，泵采用蜗形体，在设计工况下没有附加径向力，另外轴也没有皮带的拉力或者齿轮的啮合力，因此，固定方向的径向力就只有转子的重量。叶轮重量估算为260N。 2）轴向力 液体作用在叶轮和平衡盘上的轴向力F=551.5N。 3）支反力 固定方向径向力作用在两个轴承A、B上的支反力分别用、表示，其方都假设向上。叶轮与轴承A的距离为250mm，轴承之间的距离为130mm。 支反力之和等于所有径向力之和。 对B点取矩 =546N =-286N 4)弯矩图及扭矩图 图8-1 弯矩图及扭矩图 通过观察弯矩图及扭矩图能够获得，最危险断面在轴承A处。 可以按第三强度理论来进行校核。 MPa 根据计算结果，轴的强度满足规定的要求。 5.2 键的强度计算 对泵来说，联轴器处得键所传递的扭矩最大。对于单级泵，可近似地认为叶轮处得键所传递的扭矩同联轴器处得相同。 根据叶轮处直径选择键为标准普通平键（A），键的宽度b=0.012m，键的高度h=0.008m，键的总长L=0.045m。 5.3 键工作面上的挤压应力 键及其联接零件传递扭矩的工作面上挤压应力应满足如下公式要求： 式中 ——工作面上的挤压应力 (Pa)； ——键所传递的扭矩，与轴所传动的扭矩相等 (N·m)； ——安装叶轮处的轴径 (m)； ——键的高度 (m)； ——键的有效长度，(mm)； ——材料的许用挤压应力 (Pa)。 键采用的材料为45号钢材，所以 代入数据得 MPa 根据计算结果可知，满足强度条件。 5.4 键的切应力 键的切应力产生最大的切应力，其值应满足如下公式的要求： 式中 ——切应力 (Pa)； ——键的宽度 (m)； ——材料的许用切应力，键的材料为45号钢材，所以取。 代入数据得 MPa 根据计算结果可知，满足强度条件。 5.5轴承的选择 根据泵结构和参考别的类型的结构，选轴承为：圆锥滚子轴承30210型。 此泵是进行全天24小时连续工作，轴承一定要达到预期寿命。 因为，查得径向系数，轴向系数。轴的当量动载荷 N 进行对轴承的寿命计算 h 根据计算结果，轴承的寿命符合标准要求。 式中 ——泵的基本额定载荷(N)； ——泵的当量动载荷(N)； ——泵的电机转速（r/min）。 泵的轴封 6.1 常用的轴封种类及设计的基本要求 泵内液体和泵外空气之间压力不同，顺着轴就要产生泄露，为此需要设置密封装置，称其为泵的轴封，泵内轴封处的压力小于大气压力，轴封是用于防止空气进入泵内，泵内轴封处的压力大于大气压力，轴封是用以防止液体泄露[1]。 泵常用的轴封种类 填料密封, 机械密封, 浮动密封。 设计密封装置的要求： 密封可靠，能长期运转； 消耗功率小； 适应泵运转状态的变化。 设计密封装置要考虑被密封液体的性能（腐蚀性、含杂质的磨损性、凝固性、侵透性、挥发性、有毒、引火、有位等），温度（高温、常温、低温温度变化范围）和压力（高压、常压、低压、线]。 根据本次的设计情况，选用已有的改进填料密封装置。 6.2 填料密封的工作原理 填料密封一种使用填料填充泄漏通道以防止泄漏的密封类型,本实用新型结构相对比较简单，安装维护方便，成本低廉，大范围的应用于离心泵上,离心泵上的填料密封既是动密封又是静密封, 所用的包装是石棉包装的软包装。它的缺点是密封性能差，轴或套筒的磨损大，功率损耗大，常规使用的寿命短[3]。 近年来，许多从事填料密封的研究人员在密封机理和结构方面做了大量的工作，使填料密封结构更科学合理，对填料密封在黑龙江科技大学、韩家勇、王平山等离心水泵填料密封中的应用进行了改进设计[4]。 6.3 传统填料密封结构及其缺陷 6.3.1传统填料密封结构 在传统填料密封中，内部流体可能通过下列途径泄漏； 流体通过填料本身的缝隙而出现渗漏； 流体通过填料与转轴之间的缝隙而泄漏； 流体通过填料与箱壁之间的缝隙而泄漏。 填料置于填料箱中，通过压盖将填料压紧在轴上，填料依靠压盖轴向压紧，产生径向变形，填满间隙,填料在变形时，依靠径向变形产生的径向力紧贴转轴与填料箱内壁表面，实现密封,这就是说，在填料密封也许会出现的三个泄露途径中，填料本身的缝隙泄露能够最终靠压实软填料的方法来消除,箱壁内表面与填料之间的泄露，因为无相对运动且填料被压实而与填料箱内壁表紧密贴合，达到了止漏目的,只有填料与转轴之间，因有相对运动，并存在微小间隙，所以常造成泄露[5]。 6.3.2传统填料密封的不足 预紧力恒定,预紧力是恒定的，即密封力是恒定的，并且密封介质的压力会波动，这可能会引起密封垫的过度密封或密封不足,轴或轴套磨损严重,当密封力不足时，常采用的方法是增加预紧力，使预紧力过大，造成密封填料与轴接触面摩擦增大，导致填料对轴或轴套严重磨损，增加动力磨损，降低泵的机械效率[6]。 6.3.3填料密封的结构改造 在分析了传统填料密封结构、工作原理及其缺陷后，要想改善和提高填料密封的密封效果，在填料密封结构设计时要考虑解决的问题是： 1） 尽量使径向压力均匀，与泄漏压力规律一致，使轴套的支承面被均匀地压入，使轴套的磨损小而均匀。 2)填料密封结构中的填料具有补偿能力、充分润滑和弹性。 3）密封盘根的轴向密封性应均匀分布。根据以上分析，新型填料密封结构应为填料密封结构，可根据密封介质压力的变化自动改变密封力。改良填料密封结构如图6.1所示。 1 轴；2 泵盖；3 轴封腔套；4 填料；5 压盖；6 弹簧；7 调节螺母；8 轴封腔套螺栓 图6.1 填料密封 PAGE PAGE 21 第7章 产品使用及维护 7.1 离心泵的操作方法 7.1.1离心泵启动前的检查 盘车检查，转动是不是正常，打开泵的入口阀，关闭泵的出口阀，并打开压力表手阀，检查机泵的密封状况及油封的开度，全开入口阀，关闭出口阀，启动电机，启动时，注意人不要面向联轴器，以防飞出伤人，慢慢关闭泵的出口阀，切断电机的电源，关闭压力表手阀，停车后，不能马上停冷却水，应泵的温度的降到80度以下方可停水，根据自身的需求，关闭入口阀，泵体放空[6]。 离心泵在正常运作时，司泵员要对以下内容认线）听声音，分辨机泵，电机的运转声音，判断有无异常。 2）检查机泵，电机及泵座的振动情况，如振动严重，换泵检查。 3）有看窗（油标）而无刻度线之间，在正常油位时，润滑油泄漏不大于5滴/分，压力注油，以机器说明为准。 4）检查机泵密封及各法兰，丝堵，冷却水，封油接头是否泄漏。 5）检查备用泵的备用情况，每天要盘车一次。 7.1.6离心泵操作时的需要注意的几点 离心泵在运转时避免空转，避免在关闭出口阀时长时间运转，严禁用水冲电机，离心泵要在关闭出口阀的情况下启动，为保证在切换泵时，其流量，压力等参数基本不变化，无波动，最好两人同时操作，做好启动泵开车前的准备工作，一人首先开启备用泵，待泵运转正常平稳后，慢慢打开出口阀，这时随泵出口阀的打开，泵的出口阀压力略有下降，但电机电流增加，同时另外一人缓慢的关闭要停泵的出口阀，待要运转泵的流量足够大时，再完全关闭要停泵的出口阀，断电，再作正常停泵处理[7]。 7.2 螺旋离心式水泵的日常维护 按时换润滑剂并润滑轴承，滑动轴承需要每2 000?2500小时更换一次，大修滚动轴承期间应更换机油,在操作的流程中无需更换机油，但应及时添加机油以使其保持在所需的油位，油的质量应该符合相关规定, 禁止混合不同牌子的油，正确安装新包装，并按时换磨损和老化的包装，包装磨损、老化后应按时换，新填料安装要求，接口错开，接口两端间隙越小越好，将填料盖压到最大值后，拧回0.5-2.5按钮，直到填料中有水滴落，泵停止时应进行填料更换，但是，可以在打开泵后调整拧紧程序，定期清洗水龙头盖，清除吸入井内杂物，按时进行检查各种物品，应按时进行检查真空表、压力表、电流表、电压表是不是正常，轴承温度和润滑油是不是正常，身体有无常的声音或振动，检查填料的密封性，必要时更换，检查管道是否漏气或漏水，检查平衡装置是不是正常工作，检查吸水口是否堵塞，检查电机温度是不是正常，并测试启动装置，排水泵转动，对于不经常运行的泵电机（或泵起重检修），每10天应空转2-3小时，防止受潮，长期停泵时，应将离心泵内的水排出，防止生锈或冻裂，值班的钳工还需要检查起动装置和接线端螺栓是否松动，还需要检查电缆线 常见故障及排除方法 7.3.1盘根处漏水过多 盘根磨损较多，应予更换，盘根压得太松，应将压盖压紧，盘根缠法有误，应重新缠绕，叶轮流道中的部分杂物被阻塞，经常使用会由于过度磨损而损坏某些叶轮，此时，应卸下叶轮进行全方位检查或更换，排水管因长期腐蚀而漏水，解决办法，更换泄漏管道或用管箍将泄漏部位覆盖，大，小口环的磨损，特别是当大口环的磨损超过规定量时，泄漏会增加，排水会大幅度减少，排水高度应降低，闸阀不应完全打开，底阀太小，应更换底阀，排水管路的阻力太大，应进行检修，排水高度太高，不能超过水泵的扬程，应降低排水高度，不允许超出泵扬程的范围， 叶轮流道堵塞，当底阀用于排水或网孔过大损坏时，小吸入井内的杂物会通过吸入管进入叶轮，堵塞叶轮流道，此时，应卸下叶轮进行全方位检查或更换新的叶轮[9]。 7.3.4电动机电流过大 启动时排水闸门末关严，启动时注意，平衡环板倾斜太大或零件有卡住现象，检查内部,把不正常部分修好，转动部分调整得不正确，向吸水方向串动过大，使叶轮抵住口环，先将叶轮转子推到进水侧的顶点，并应根据刻线检查，对轮接合不正或皮圈过紧，找正处理，油不干净或油量不足，清洗轴承，换油或加油，油圈不转或不灵活，检查处理，轴瓦间隙太小，适当调整（加垫或刮瓦）[10]。 第八章 毕业设计特色专题 8.1 螺旋离心泵三维设计图 8.1.1 零件三维设计 1.蜗形体三维图形，如图8.1所示。 图8.1 蜗形体概念图 8.1.2 总装三维设计 如图8.2所示。 图8.2 总装三维概念图 结束语 经历了漫长的假期做设计，我收获了很多课本上学不到的知识，这次单级单吸螺旋离心泵的结构设计包括基本信息参数的计算与选择，螺杆离心泵叶片的液压设计，液压离心泵压力室的设计，离心泵吸入室的设计水利设计。经过平衡轴向力和径向力，最后检查整体的强度。 这次设计的特点是密封设计，采用的新型填料密封能够准确的通过压力的变化来改变密封力装置。根据传统填料密封的结构特点和密封原理，分析了填料受力的不合理性；从力学方面出发，对传统填料密封的结构可以进行了改造，提出了新型反力填料密封的不足，使填料密封的原理和结构更合理，密封性能和常规使用的寿命得到一定的改善。 参考文献 [1] 王平山，韩建勇．离心清水泵填料密封设计改进[J]．水泵技术.2006, 2: 44-46 [2] 朱保林,张淑佳,林锋,胡清波. 离心泵叶轮设计方法现状与发展的新趋势[J]. 水泵技术, 2005, (02) ：21-254 . 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